OSI-Modell
Das OSI-Modell (engl. Open Systems Interconnection Reference Model) ist ein offenes Schichtenmodell für die Organisation von Kommunikationstechnik. Es wird seit 1979 entwickelt und ist bereits standardisiert worden. Das OSI-Modell dient als die Grundlage für eine Reihe von herstellerunabhängigen Netzwerkprotokollen, die in der öffentlichen Kommunikationstechnik im Transportnetz fast ausschließlich eingesetzt werden.
Es untergliedert die verschiedenen Anwendungsbereiche der Netzwerkkommunikation in sieben Schichten. Jede der Schichten ist so konzipiert, dass sie die Aufgaben, die ihr zugeordnet sind, unabhängig von den anderen Schichten ausführen kann.
In einem Computernetz werden den verschiedenen Hosts Dienste unterschiedlichster Art bereitgestellt und zwar von den anderen Teilnehmern im Netz. Die dazu erforderliche Kommunikation ist nicht so trivial, wie es auf den ersten Blick scheint, denn es müssen eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt und Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Effizienz, etc erfüllt werden. Die Probleme, die dabei gelöst werden müssen, reichen von Fragen der elektronischen Übertragung der Signale über eine geregelte Reihenfolge in der Kommunikation bis hin zu abstrakteren Aufgaben, die sich innerhalb der kommunizierenden Anwendungen ergeben.
Die Vielzahl dieser Probleme und Aufgaben lässt es sinnvoll erscheinen, das Netz nicht als einen einzigen Dienstleister zu betrachten, sondern seine Dienste ganz bestimmten Kategorien zuzuordnen. Als besonders geeignet hat sich die Aufteilung in Schichten erwiesen.
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Die 7 Ebenen
Im OSI-Modell nimmt der Abstraktionsgrad der Funktionen von Schicht 1 zu Schicht 7 extrem stark zu. Die Daten werden von einer Schicht zur nächsten weitergereicht, das heißt die Kommunikation erfolgt in vertikaler Richtung. Auf der Senderseite läuft die Kommunikation von oben nach unten und auf der Empfängerseite von unten nach oben. Logisch gesehen erfolgt die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger jedoch horizontal in jeder Schicht.
Das OSI-Modell im Überblick (siehe im Vergleich dazu das TCP/IP-Referenzmodell):
| OSI-Schicht | Englisch | Einordnung | Protokollbeispiel | TCP/IP-Schicht | Einordnung | Protokollbeispiel | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | Anwendung | Application | Anwendungs- orientiert | FTAM | Anwendung | Ende zu Ende (Multihop) | HTTP FTP HTTPS |
| 6 | Darstellung | Presentation | |||||
| 5 | Sitzung | Session | ISO 8326 | ||||
| 4 | Transport | Transport | Transport- orientiert | ISO 8072 | Host to Host | TCP UDP ICMP IGMP | |
| 3 | Vermittlung | Network | CLNP | Internet | Punkt zu Punkt | IP IPX | |
| 2 | Sicherung | Data Link | HDLC | Netzwerk | Ethernet Token Ring FDDI ARCNET | ||
| 1 | Bitübertragung | Physical | X.21 | ||||
Die 7 Schichten kann man sich gut mit dem Merkspruch "All people seem to need data processing" einprägen.
Oder diejenigen, die lieber auf deutsch wollen: " Alle Priester saufen Tequila nach der Predigt"
Schicht 7 Anwendungsschicht
(engl. application layer, auch: Verarbeitungsschicht, Anwenderebene) Die Verarbeitungsschicht ist die oberste der sieben hierarchischen Schichten. Sie stellt den Anwendungen eine Vielzahl an Funktionalitäten zur Verfügung (zum Beispiel Datenübertragung, E-Mail, Virtual Terminal, Remote login etc.).
Schicht 6 Darstellungsschicht
(engl. presentation layer, auch: Datendarstellungsschicht, Datenbereitstellungsebene) Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (zum Beispiel ASCII, EBCDIC) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie die Datenkompression und die Verschlüsselung gehören zur Schicht 6.
Schicht 5 Sitzungsschicht
(engl. session layer, auch: Kommunikationssteuerungsschicht, Steuerung logischer Verbindungen, Sitzungsebene) Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Zu diesem Zweck werden Wiederaufsetzpunkte, so genannte Fixpunkte (Check Points) eingeführt, an denen die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden kann, ohne dass die Übertragung wieder von vorne beginnen muss.
Schicht 4 Transportschicht
(engl. transport layer, auch: Ende-zu-Ende-Kontrolle, Transport-Kontrolle) Zu den Aufgaben der Transportschicht zählen die Segmentierung von Datenpaketen und die Stauvermeidung (engl. congestion control). Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige Ende-zu-Ende Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Sie bietet den anwendungsorientierten Schichten 5-7 einen einheitlichen Zugriff, so dass diese die Eigenschaften des Kommunikationsnetzes nicht zu berücksichtigen brauchen. Fünf verschiedene Dienstklassen unterschiedlicher Güte sind in Schicht 4 definiert und können von den oberen Schichten benutzt werden, vom einfachsten bis zum komfortabelsten Dienst mit Multiplexmechanismen, Fehlersicherungs- und Fehlerbehebungsverfahren.
Schicht 3 Vermittlungsschicht
(engl. network layer, auch: Paketebene) Die Vermittlungsschicht sorgt bei verbindungsorientierten Diensten für das Schalten von Verbindung und bei paketorientierten Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Da nicht immer eine direkte Kommunikation zwischen Absender und Ziel möglich ist, müssen Pakete von Knoten, die auf dem Weg liegen, weitergeleitet werden. Weitervermittelte Pakete gelangen nicht in die höheren Schichten, sondern werden mit einem neuen Zwischenziel versehen und an den nächsten Knoten gesendet. Zu den Aufgaben der Vermittlungsschicht zählt der Aufbau und die Aktualisierung von Routingtabellen, sowie die Flusskontrolle. Auch die Netzwerkadressen gehören zu dieser Schicht. Da ein Kommunikationsnetz aus mehreren Teilnetzen unterschiedlicher Technologien bestehen kann, sind in dieser Schicht auch die Umsetzungsfunktionen angesiedelt, die für eine Weiterleitung zwischen den Teilnetzen notwendig sind. Hardware auf dieser Schicht: Router
Schicht 2 Sicherungsschicht
(engl. data link layer, auch: Verbindungssicherungsschicht, Verbindungsebene, Prozedurebene) Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine sichere, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke und das Hinzufügen von Folgenummern und Prüfsummen. Durch Fehler verfälschte oder verloren gegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wiederholungsmechanismen erneut angefordert werden. Die Blöcke werden auch als Frames oder Rahmen bezeichnet. Eine so genannte Flusskontrolle macht es möglich, dass ein Empfänger dynamisch steuert, mit welcher Geschwindigkeit die Gegenseite Blöcke senden darf. Die amerikanische Ingenieursorganisation IEEE sah die Notwendigkeit, auch den konkurrierenden Zugriff auf ein Übertragungsmedium zu regeln, was im OSI-Modell nicht vorgesehen ist. Hardware auf dieser Schicht: Bridge, Switch (Multiport-Bridge).
Schicht 1 Bitübertragungsschicht
(engl. physical layer, auch: Physische Schicht) Die Bitübertragungsschicht ist die niedrigste Schicht. In der physischen Schicht werden Medien und die Spezifikationen zur Übertragung von Informationen (Übertragungsverfahren, Synchronisation) über diese Medien beschrieben.
Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netzwerke) oder Schall sein. Die für sie verwendeten Verfahren bezeichnet man als übertragungstechnische Verfahren.
Geräte und Netzwerkkomponenten, die der Bitübertragungsschicht zugeordnet werden, sind zum Beispiel die Netzwerkkarte, der Transceiver, die Antenne und der Verstärker, Stecker und Buchse für das Netzwerkkabel sowie das Kabel selbst, der Repeater, der Hub, das T-Stück und der Endwiderstand (Terminator).
Auf der physischen Schicht wird die digitale Bitübertragung auf einer leitungsgebundenen oder leitungslosen Übertragungsstrecke bewerkstelligt.
Die gemeinsame Nutzung eines Übertragungsmediums kann auf dieser Schicht durch statisches Multiplexen oder dynamisches Multiplexen erfolgen.
Dies erfordert neben den Spezifikationen bestimmter Übertragungsmedien (zum Beispiel Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Stromnetz, Luft) und der Definition von Steckverbindungen noch weitere Elemente. Darüber hinaus muss auf dieser Ebene gelöst werden, auf welche Art und Weise überhaupt ein einzelnes Bit übertragen werden soll.
Damit ist Folgendes gemeint: In Netzwerken wird heute Information zumeist in Form von Bitfolgen übertragen. Selbstverständlich sind dem Übertragungsmedium selbst, zum Beispiel einem Kupferkabel im Falle elektrischer Übertragung, oder auch der Luft im Falle von Funkübertragung, die Werte 0 und 1 unbekannt. Für jedes Medium muss daher eine Codierung dieser Werte gefunden werden, beispielsweise ein Stromimpuls von bestimmter Spannung oder eine Funkwelle mit bestimmter Frequenz, jeweils bezogen auf eine bestimmte Dauer. Für ein spezifisches Netzwerk müssen diese Aspekte präzise definiert werden. Dies geschieht mit Hilfe der Spezifikation der Bitübertragungsschicht eines Netzwerkes.
Hardware auf dieser Schicht: Kabel, Repeater, Hub
Siehe auch: Datenübertragung, Leitungscode
Allgemeines
Das OSI-Referenzmodell wird oft herangezogen, wenn es um das Design von Netzwerkprotokollen und das Verständnis ihrer Funktionen geht. Auf der Basis dieses Modells sind auch Netzwerkprotokolle entwickelt worden, die jedoch fast nur in der öffentlichen Kommunikationstechnik verwendet werden, also von großen Netzbetreibern wie der Deutschen Telekom. Im privaten Geschäftsbereich wird hauptsächlich die Familie der TCP/IP-Protokolle eingesetzt. Das TCP/IP-Referenzmodell ist sehr speziell auf den Zusammenschluss von Netzen (Internetworking) zugeschnitten.
Die nach dem OSI-Referenzmodell entwickelten Netzwerkprotokolle haben mit der TCP/IP-Protokollfamilie gemeinsam, dass es sich um hierarchische Modelle handelt. Es gibt aber wesentliche konzeptionelle Unterschiede: OSI legt die Dienste genau fest, die jede Schicht für die nächsthöhere zu erbringen hat. TCP/IP hat kein derartig strenges Schichtenkonzept wie OSI. Weder sind die Funktionen der Schichten genau festgelegt, noch die Dienste. Es ist erlaubt, dass eine untere Schicht unter Umgehung zwischenliegender Schichten direkt von einer höheren Schicht benutzt wird. TCP/IP ist damit erheblich effizienter als die OSI-Protokolle. Nachteil bei TCP/IP ist, dass es für viele Dienste jeweils ein eigenes Netzwerkprotokoll gibt, während bei OSI ein Protokoll jeweils einen großen Leistungsumfang hat.
Zur Einordnung von Kommunikationsprotokollen in das OSI-Modell siehe auch:
Standardisierung
Das standardisierte Referenzmodell wurde in der ISO entwickelt, wo sich das technische Komitee mit der Bezeichnung "Information Processing Systems" das Ziel gesetzt hatte, informationsverarbeitende Systeme verschiedener Hersteller zu befähigen, zusammenzuarbeiten. Daher kommt die Bezeichnung "Open Systems Interconnection". An der Arbeit nahm auch der Ausschuss "Offene Kommunikationssysteme" des DIN teil, der dann den ISO-Standard auch als deutsche Industrienorm übernahm, wenn auch in der englischen Originalfassung des Textes. Auch ITU-T übernahm ihn, in einer Serie von Standards X.200, X.207, ... sind nicht nur das Referenzmodell, sondern auch die Services und Protokolle der einzelnen Schichten spezifiziert.
Weitere Bezeichnungen für das Modell sind ISO/OSI-Modell, OSI-Referenzmodell, OSI-Schichtenmodell oder 7-Schichten-Modell
Standardisierungsdokumente:
- ISO 7498-1, textgleich mit DIN ISO 7498, hat den Titel: Information technology - Open Systems Interconnection - Basic Reference Model: The basic model
- ITU-T X.200, X.207, ...
Siehe auch
Literatur
- Siegmund, Gerd; Grundlagen der Vermittlungstechnik; R. v. Decker; Heidelberg; 1992, ISBN 3-7685-4892-9
- Stahlknecht, P./Hasenkamp, U.; Einführung in die Wirtschaftsinformatik; Springer; Berlin; 2002, 10. Aufl.,ISBN 3-5404-1986-1
- Andrew S. Tanenbaum; Computernetzwerke; Pearson Studium; München; 2003
Weblinks
- ISO / OSI Referenzmodell
- Netzwerk - OSI-Referenzmodell
- Das OSI-Referenzmodell
- Gute Erläuterung zum OSI-Referenzmodell
- Grundlagen: Protokolle - Kurze, einfache Zusammenfassung
- Grundlagen Computernetze: ISO-Referenzmodell für die Datenkommunikation - Skriptum auf Netzmafia.de
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